DE2353303A1 - Elastische kupplung - Google Patents

Description

DIPL..ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN Dipl. ing. A. Gf. ν, WENGERSKY

8 München 2, Rosental 7, 2.

Tei.-Adr. Leinpat München Telefon (089)2603989

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■■".;■'-.... · den 24. Oktober 1973

UnserZeichen

■ - .·: CAS- 556

PiOTiAIIQUES CAOUTCHOUC MANUFACTURE ET ELASTIQUES KLEBER -COLOMBES,: 92 COLOMBES/Frankreich

Elastische Kupplung

Die Erfindung bezieht sich auf elastische . Kupplungen, bei denen das Drehmoment durch' Kautschukteile übertragen wird, die zwischen das treibende und das getriebene Organ-der,Kupplung eingesetzt sind. Für bestimmte Anwendungsgebiete werden derartige elastischa Kupplungen zweckmäßigerweise anstelle der homokinetischen Kardangelenke verwendet. Sie sind nämlich einfacher und billiger aufgebaut, brauchen keine Wartung und können bestimmte unerwünschte Schwingungen ausfiltern.

Zum übertragen des.Drehmoments der Rotation arbeiten die aus Kautschuk bestehenden Teile dieser elastischen Kupplungen im wesentlichen auf-Kompression in Umfangsrichtung. Sie müssen deshalb in Drehrichtung der Kupplung im allgemeinen steif genug sein, damit unter geringem Winkelspiel und kleiner Schwingungsamplitude eine Direktübertragung in Prehrichtüng. möglich ist.

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Dagegen . müssen diese Kaiii schul teile in Axialrichtung ausreichendlbiegsam und leicht verformbar sein, damit dem getriebenen und dem treibenden Organ eine Winkelabweichung von. ihrem ausgefluchteten Zustand oder eine "konische" Relativstellung ermöglicht ist. Ein Versteifungseffekt in Drehrichtuhg ohne allzu große Verminderung der axialen Biegsamkeit kannerreicht werden* wenn man die Kautschukteile durch j dazwischengesetzte Metallplatten lamelliert, so daß prak- ■' tisch sandwichartige Gebilde entstehen, die sich einer Korn- ' pression widersetzen, jedoch parallel zu den Platten sehr j elastisch gegenüber Scherbeanspruchung sind. Diese Lösung wird bei großen Kupplungen angewandt, sie führt jedoch zu einem komplizierten Aufbau mit so hohen Kosten, daß sie auf vielen Gebieten nicht 'einsetzbar sind.

Ziel der Erfindung ist es deshalb, elastische Kupplun-yj gen herzustellen, deren Kautschukteile die angestrebten Eigen+- schaften aufweisen, die jedoch einfach aufgebaut und unter geringen Kosten herstellbar sind. Die Erfindung betrifft deshalb eine elastische Kupplung mit einem oder mehreren _: Kautschukteilen, die zum Übertragen des Drehmoments zwischen das treibende und das getriebene Organ eingesetzt sind und hauptsächlich auf Kompression in Umfangsrichtung arbeiten. Diese Kupplung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß der Kautschukteil oder die Kautschukteile aus einem vulkanisierten Gemisch bestehen, das durch Schnittfasern verstärkt ist, die in die Elastomermatrize eingelagert und derart ausgerichtet sind, daß sie In praktisch radial in Bezug auf die Drehachse der Kupplung verlaufenden Ebenen liegen.

Die auf diese Weise verstärkten Kautschukteiie haben anisotrope Eigenschaften in der gewünschten Richtung, nämlich eine für die Übertragung des Drehmoments angestrebte hohe Kompressionswiderstandsfestigkeit in Umfangsrichtung und eine ausreichend hohe Biegsamkeit in Axialrichtung, um ohne zu

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große Ermüdung den "konischen" Verformungen standhalten zu können, denen sie während des Betriebs ausgesetzt sind,' wenn das treibende und das getriebene Organ nicht mehr ordnungsgemäß ausgefluchtet, sondern winklig zueinander ausgerichtet sind.

Die Herstellung der verstärkten Kautschukteile schließt die Anwendung einer auf dem Gebiete der Kautschukproduktion bekannten Technologie ein und besteht darin, daß kurze Fasern mit Rohkautschuk vermischt werden, um sie in der Elastomermatrize zu dispergieren, und daß anschließeqd das Rohgemisch, beispielsweise durch Kalandern bearbeitet wird, um die'Fasern in einer einheitlichen Richtung auszurichten, so daß sie parallel oder annähernd parallel zueinander liegen. Art und Anteil der zu verwendenden Fasern können schwanken, jenachdem wie stark ausgeprägt die Eigenschaften sein sollen, die .letztlich nach dem Formen uiid Vulkanisieren der Kautschukteile vorhanden sein sollen. Gute Ergebnisse wurden erzielt bei Verwendung von Kunstseidenfasern einer Länge von ca. 10 mm in einem Verhältnis von.25 Vo 1$. in Bezug auf, das Elastomer des Kautschukgemisches.

Bei Herstellung einer elastischen Kupplung gemäß der Erfindung können die Kautschukteile voneinander getrennte und jeweils mit einem Teil des treibenden und einem Teil des getriebenen Organs, beispielsweise den entsprechenden Armen des treibenden und des getriebenen Kreuzzapfens der Kupplung verbundene Elemente bilden. Diese Kautschukelemente komm auch untereinander verbunden sein und einen elastischen Kupplungszwischenring bilden, auf den der treibende, und der getriebene Kreuzzapfen der Kupplung aufgesetzt werden.

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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der/folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1 einen ,Axialschnitt durch eine elastische Kupplung für eine Antriebswelle, beispielsweise für Kraftfahrzeuge,

Fig. 2 eine Stirnansicht der elastischen Platte der Kupplung,

Fig. 3 eine Schnittansicht bei Linie 3-3 der Fig, 2,

Fig. 4, 5, 6 und 7, 8 und 9 jeweils Aufriß- bzw. Halbschnittansichten von elastischen Kupplungsringen gemäß der Erfindung,

Fig. 10 und 11 Teilschnittansichten von abgewandelten Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 12 und 13 eine. Aufriß- bzw. eine Profilschnittansicht eines anderen elastischen Rings, und

Fig. 14 eine Stirnansicht eines anderen elastischen Kupplungselementes.

Fig. 1 zeigt eine Kupplung mit einem treibenden KreuBzapfen 1, einem getriebenen Kreuzzapfen 2 und einem elastischen Zwischenring 3. Die Kreuzzapfen 1* 2 sind geweilt an Wellen 4 bzw. 5 befestigt und haben drei sternförmig angeordnete Arme. Diese Arme sind mit dem Hing 3 durch Bolzei

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6 "bzw. 7 verbunden,; die den Ring -parallel zur Achse durch ■ lingöffnungen durchsetzen, die auf ein- und derselben Kreislinie verteilt und mit Metallkragenbüchsen 8 ausgekleidet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel· hat der Ring 3 eine allgemein sechseckige Form (Fig. 2) und einen rechtwinkligen Querschnitt. -

Während des Betriebs sind die drei Teile des Rings die sich zwischen den Bolzen des treibenden Kreuzzapfens 1 und den Bolzen des getriebenen Kreuzzapfens. 2 befinden, einer Komprimierung in Ringumfangsrichtung F1 ausgesetzt, während die drei anderen mit den ersteren abwechselnden Ringteile einer Zugbeanspruchung in gleicher Richtung unterworfen sind. Diese Beanspruchungen können jedoch umkehren, wenn der treibende Kreuzzapfen ein Widerstandsmoment ausübt und gewissermaßen zum 'getriebenen Teil'der Kupplung wird. Andererseits müssen diese verschiedenen Teile des Rings 3 eine hohe Biegsamkeit aufweisen, damit sie in einer praktisch axialen Richtung F2 elastisch verformbar sind und dadurch eine gewisse winklige Ausrichtverformung A von einei Welle zur anderen ermöglichen. In der Praxis kann dieser Winkel A in der Größenordnung von 10° liegen.

Semäß der Erfindung erhält man dadurch eine Versteifung des Rings gegenüber Tangentialkpmpressionsbeanspru-. chungen, d.h. gegenüber einer Verdrehung der Kupplung, ohne wesentliche Verringerung der axialen Biegsamkeit, daß der elastische Ring 3 aus einem Kautschukgemisch gefertigt ist, das kurze Fasern mit einer derartigen Ausrichtung ent-. hält, daß diese in praktisch radial in Bezug zur Drehachse - verlaufenden Ebenen liegen. Dies ist möglich, wenn man den Ring 3 in sechs Segmente 3-j unterteilt, die jeweils einem der zwischen den Durchtritt soff nungen der Befistigungsbolzen 6, 7 liegenden Teile entsprechen. Jedes dieser Segmente wire dadurch hergestellt, daß man im Sinne . der Ringdicke mehrere

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Schichten 9 aus einem Rohkautschukgemiseh übereinander anordnet, das sämtlich in gleicher Richtung ausgerichtete ^ Fasern 10, enthält und daß man die aus diesen übereinanderliegenden Schichten bestehende Gesamtheit in die Form eines trapezförmigen Rohlings schmdet. Anschließend werden sechs derartige Segmente in eine Form eingebracht und das ganze unter Druck vulkanisiert, um gleichzeitig im Inneren jedes einzelnen Teiles eine innere Verbindung der übereinanderliegenden Schichten 9 sowie eine Vereinigung der verschiedenen Segmente zu einem einzigen elastischen Ring 3 zu erzielen. Die Durchtrittsöffnungen für die Bolzen 6, 7 können beim Formen vorgesehen oder nachträglich eingebohrt werden. Es ist ersichtlich, daß mit diesem Herstellungsverfahren in jedem einzelnen Ringsegment 3-j die Fasern 10 in zur Radialmitt elrichtung ä, b dieses Segments parallel verlaufenden Richtungen ausgerichtet sind. In diesem Fall empfiehlt es sich, daß diese Ausrichtung der Fas ,rn 10 in der Ringeinheit 3 praktisch radial verläuft.

Mit diesem Aufbau ist ein elastischer Kupplungsring erzielt, dessen Verdrehungssteifigkeit ungefähr doppelt so hoch ist als die mit einem vergleichbaren, jedoch nicht mit kurzen Fasern verstärkten Kautschukring erzielbare. Wie erfindungsgemäß angestrebt, ist die axiale Biegsamkeit dieses verstärkten Rings jedoch die gleiche wie bei einem nicht verstärkten Kautschukring.

Die Verdrehungssteifigkelt ist auf den gewünschten Wert einstellbar, indem man den Anteil an Fasern im Kautschuk verändert und/oder das Rohgemisch derart bearbeitet, daß ein mehr oder weniger großer Anteil an Zusatzfasern einwandfrei in gleicher Richtung ausgerichtet ist. Ist eine sehr hohe Verdrehungssteif igkeit erwünscht, so kann es vor-*· kommen, daß die Axialbiegsamkeit etwas verringert ist. In diesem Fall kann man dann dem Ring 3 die gewünschte axiale

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Biegsamkeit zurückgeben, indem man auf äner oder auf beiden Seiten des Rings mehr oder weniger tiefe und mehr oder - . weniger.breite radiale Nuten 11 vorsieht. Diese Nuten 11 werden vorzugsweise im Bereich der Bolzenlöcher angeordnet. Um in diesem Sinne vorzugehen, d.h. um das Winkelspiel der miteinander gekoppelten Wellen zu erleichtern, kani/^Lne od(r beide Seiten des Rings 3 mit einer Schicht 12 aus verhältnismäßig weichem KautsGhuldiersehen, aufgrund dessen die Bolzen 6, 7 „und die Kreuzzapfen 1, 2 eine geringe Winkelbewegung in Bezug auf den Ring selbst ausführen können. Diese Schichten 12 aus biegsamem Kautschuk können nur im Bereich der Auflageflächen der Bolzen oder der Kragen der Büchsen 8 auf dem -Ring 3 angeordnet sein.

Fig. A bis 8 zeigen andere Ausführungsformen von elastischen Kupplungsringen gemäß der Erfindung.

Fig. 4 und 5 zeigen einen Ring, der durch kurze Fasern 20 verstärkt ist, die in das Rohkautschukgemisch eingearbeitet und parallel zueinander ausgerichtet werden. Dieses Gemisch wird dahingehend verwendet, daß die Fasern im fertiggestellten Ring 3 in im wesentlichen parallel zur Drehachse des Rings verlaufenden Richtungen angeordnet sind. Diese. Fasern 20 liegen also noch in Radialebenen, obwohl sie senkrecht in Bezug auf diejenigen des Rings gemäß Fig. 2 und 3 ausgerichtet sind. Für die Herstellung dieses elastisclien Rings können auch Schichten aus Kautschukgemiscl; übereinander angeordnet werden. So kann man beispielsweise Rohlinge aus Ringsegmenten 3-i herstellen, bei denen die Rohgemischschichten 21 in Radialrichtung des Rings übereinander liegen; diese Rohlinge 31 und Schichten 21 werden anschließend beim Formen des Rings miteinander vereinigt.

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Fig. 6 unff 7 veranschaulichen den den Ring 3 bildenden Kautschuk, der durch Schnittfasern verstärkt ist, von denen die Fasern 10, wie bei Fig. .2, in Radialrichtung und die Fasern 20, wie bei Fig. 4_? in Axialrichtung ausgerichtet sind. Der Ring 3.kann durch Übereinanderordnen in Tangentialrichtung von Schichten 22 und 23 aus Kautschukgemisch hergestellt werden, das die in gewünschter Richtung ausgerichteten Fasern enthält.

Fig. 8 und 9 zeigen eine weitere lusführungsform der Erfindung, bei der der elastische Ring 3 einerseits in Axialrichtung ausgerichtete Fasern 20 und andererseits in Tangentialrichtung ausgerichtete Fasern 24 enthält. Dieser Ring kann dadurch hergestellt werden, daß im Sinne . der Radialversteifung des Rings Schichten 25, 26 aus die ausgerichteten Fasern enthaltenden Kautschukgemisch übereinander angeordnet werden.

Fig. 10 und 11 zeigen zwei andere Abwandlungen der Erfindung, bei denen der elastische Ring 3 eine oder mehrere Kautschukschichten 13 aufweist, die jeweils in einer senkrecht zur Drehachse verlaufenden Ebene liegen und kurze Verstärkungs fasern haben, die - wie die der Schichten 26 von Fig. 8 - tangentiell ausgerichtet sind. Die Fasern dieser Schichten 13 liegen also in Bezug auf die Fasern der anderen Schichten über Kreuz. In Fig. 10 ist diese Schicht 13 mittig in der Dicke des Rings 3 angeordnet. In Fig. 11 wechseln die Schichten 13 mit den die radialen Fasern enthaltenden Schichten 9 ab. Diese Schichten 13 mit Tangentialfasern, entsprechend den Schichten 26 gemäß Fig. 8, erhöhen die Verdrehungssteifigkeit des Rings und vermindern auch dessen axiale Biegsamkeit. Das kann für bestimmte Anwendungsgebiete vorteilhaft sein.

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Fig. 12 und 13 zeigen eine weitere Abwandlung, bei der der ebenso wie der eine oder andere Ring gemäß den vorstehend - beschriebenen Beispielen durch Fasern verstärkte elastische Ring 3 außerdem durch. Umfangselemente verstärkt ist , die sich an dessen Innen- oder Außenumfang

können · entlang erstrecken* Diese Umfangsverstärkungselemente/aus kurzen Fasern bestehen, die in eine Kautschukschicht 27 oder ,28 eingebracht sind, oder aus einer Schnur, die derart über den Umfang gewickelt ist, daß sie den mittleren Ringabschnitt umgibt.

Fig. 14 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen elastischen Kupplungsring 14, dessen verschiedene Kautschuksegmente 14-j - 14p ·· nicht wie in den vorstehend ' , beschriebenen Ausführungsbeispielen erine Einheit bilden, sondern voneinander getrennt sind. In diesem Fall sind die Segmente 14-t - 14o··· jeweils mit den ent sprechaalen Armen der Kreuzzapfen 15 oder mit den Aufbau auf die Arme eines Kreuzzapfens ermöglichenden Teilen 16 verbunden.

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Claims (13)

1. - 10 E a t e η t a'n Sprüche :

   Im wesentlichen auf Komprimierung in Umfangsrichtung arbeitende elastische Kupplung mit einem oder mehreren Kautschukteilen, die zum Übertragen des Drehmoments zwischen den treibenden T.eil und den getriebenen Teil eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschukteil oder die Kautschukteile aus einem vulkanisierten Gemisch bestehen, das durch Schnittfasern verstärkt-ist, die in die Elastomermatrize eingelagert und aufgrund ihrer Ausrichtung in im wesentlichen radial zur Drehachse der Kupplung verlaufenden Ebenen liegen. ;
2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittfasern zum Verstärken des Kautschuks in im wesentlichen radial in Bezug auf die Drehachse der Kupplung verlaufenden Richtungen ausgerichtet sind (Fig. 2).
3. 3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschukteil aus mehreren Schichten eines radial ausgerichtete Fasern enthaltenden Kautschukgemisches besteht wobei die Schichten in Axialrichtung der Dicke des.Kautschukteils übereinandergelegt sind (Fig. 3).
4. 4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittfasern (20) zum Verstärken des Kautschuks in im wesentlichen parallel zur Drehachse verlaufenden Sichtungen ausgerichtet sind (Fig. 4 und 5)·.
5. 5. Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschukteil aus mehreren Schichten eines axial ausgerichtete Fasern enthaltenden Kautschukgemisches besteht die in ßadialrichtung der Dicke des Teils übereinandergelegt sind.

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6. 6.; Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschukteil aus mehreren Kautschukgemischschi ch*- . ten (22, 23) besteht, von denen die "einen radial ausgerichtete Fasern (10) und die anderen axial ausgerichtete Fasern (20) enthalten, und daß die Schichten in im wesentlichen radialen Ebenen angeordnet sind (Fig. 6 und 7)..
7. 7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurct gekennzeichnet, daß der Kautschukteil (3) zusätzlich eine oder mehreje Schichten eines Kautschukgemisches aufweist, in dem die Verstärkungsfasern (24) tangential ausgerichtet sind= (Fig. 8 - 11). ₍ ,
8. • -8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurct gekennzeichnet, daß die Kautschukschichten durch das Vulkanisieren des Teils miteinander vereinigt und verbunden sind.
9. 9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschukteil einen elastischen Zwischenring bildet, auf den. der treibende Kreuzzapfen (1) und der getriebene Kreuzzapfen (2) der Kupplung aufgesetzt sind.
10. 10.. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kautschukteile (14-j - ^) voneinander getrennt und jeweils mit den entsprechenden Organen (15'bzw. 16).des treibenden (1) und des getriebenen (2) Teils verbunden sind (Fig. 14).
11. 11. Kupplung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (3) auf einer oder beiden Seiten radiale Nuten (11) aufweist. .

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12. 12. Kupplung nach Anspruch 9, bei der der elastische Ring mit den Kreuzzapfen durch den Ring durchsetzenden Bolzen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Auflage flächen der Bolzen (6, 7) mit einer SMcht (12) eines Kautschuks versehen sind, der weicher ist als der Ringkörper.
13. 13. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (3) außerdem Umfangsarmierungselemente (27, 28) .aufweist, die an seinem Außen- und/oder Innenumfang entlang verlaufen. *

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